低层轻型钢结构装配式住宅及其产品标准

      轻型钢结构房屋建筑体系诞生于20世纪初，在二战后得到广泛应用。由于轻型钢结构装配式住宅具有一系列优点，目前这种体系已成为美国、日本、澳大利亚等发达国家住宅建筑的重要形式，并在轻型钢结构装配式住宅体系的设计、制造和安装方面已经非常完善，其专用设计软件可在短时间内完成设计、绘图、工程量统计及工程报价，在制作上也实现了高度的标准化及工厂化。      
      目前，我国钢材产量已居世界首位，而且国家也在逐步调整政策鼓励发展钢结构，我国大力发展钢结构的条件已经成熟，正步入钢结构发展的黄金时期。伴随着改革开放，发达国家的轻型钢结构企业以及相应的产品和技术不断涌入国门，于是轻型钢结构住宅也得以迅速发展。但是，我国却没有一本轻型钢结构住宅方面规范或标准。为了适应和指导轻型钢结构住宅在我国的发展，推动轻型钢结构住宅的产业化进程，建设部住宅产业化促进中心组织长安大学等单位编制了中华人民共和国建筑工业行业标准《低层轻型钢结构装配式住宅技术要求》（JG/T×××－2004）。本文将对冷弯薄壁型钢结构装配式住宅体系和此标准作一简单介绍。  
      低层轻型钢结构装配式住宅体系      
      冷弯薄壁型钢结构装配式住宅体系是一种轻型钢结构体系，主要由墙体、楼盖、屋盖及维护结构组成，这种结构一般适用于三层以下的独立或联排住宅，其每个住宅单元的平面尺寸为：最大长度18m，宽度为12m；单层承重墙高度不超过3.3m，檐口高度不超过9m；屋面坡度取值宜在1：4～1：1范围内。 
      冷弯薄壁型钢结构装配式住宅的基本构件只有U形（普通槽形）和C形（卷边槽形）两种截面形式。U形截面一般用作顶梁、底梁或边梁， C形截面一般用作梁柱构件，构件的金属材料厚度一般在0.46～2.46mm范围内，但顶梁、底梁、边梁和承重构件的厚度应不小于0.84mm。构件已经定型化，U形截面常用型号只有8种，C形截面常用型号只有5种，可见构件种类很少，无论设计还是制作与安装都是很方便的。另外，冷弯薄壁型钢构件的截面形状合理，材料利用率高，用钢量省，在澳大利亚，这种体系的用钢量约100kN/m2。      
      构件连接的紧固件包括螺钉、普通钉子、射钉、拉铆钉、螺栓和扣件等。受力构件常用螺钉（采用自钻自攻螺钉和自攻螺钉）连接，自钻自攻螺钉用于0.84mm厚以上的钢板的连接，自攻螺钉仅用于石膏板等结构板材或0.84mm厚以下的钢板之间的连接，常用的自钻自攻螺钉或自攻螺钉规格只需3～5种。在结构的次要部位，可采用射钉、拉铆钉或扣件等紧固件，扣件连接还用于形成组合截面。轻钢楼盖或墙体通过锚栓与砌体或混凝土基础连接，普通钉子用于构件与木地梁的连接。      
      楼盖由密梁和楼面板组成，在梁的端头套有边梁，楼面梁在墙上的支承时，必须有足够的支承长度。当楼面梁跨度超出3.5m时，应采取拉接措施加强梁的侧向稳定性。当需要在楼板上开洞时，楼板洞口周边应设置边梁。楼盖必须与混凝土基础、木地梁或承重墙可靠连接。楼盖及其构件的强度、刚度、稳定以及楼盖的振动均应满足设计要求。     
      墙体结构由密柱和墙板组成，墙柱的两端套有底梁或顶梁，墙板为墙体提供侧向支撑作用，必要时应设置X形剪力支撑系统。所有承重墙门窗洞口上方必须设置过梁，过梁可采用箱形、工形或L形截面，其截面尺寸应符合设计要求。当抗震设防烈度为8度及其以上或最大风压为1.5kN/m2（标准值）以上时，应设置剪力墙和采取抗拔等拉接措施。墙体与基础或楼盖必须可靠连接，墙体及其构件的强度、刚度、稳定均应满足设计要求。  
      屋盖也采用密梁体系，上铺屋面板，屋架由屋面斜梁和屋面横梁组成。屋架（横梁）与承重墙的顶梁、屋面板与屋架斜梁、端屋架与山墙顶梁、屋架斜梁与屋架横梁或屋脊构件都必须可靠连接，屋架横梁在支座处必须有足够的支承长度，为了保持屋架在安装和使用时的稳定性和整体性，屋架横梁和屋架斜梁均应设置水平支撑，在屋架横梁和斜梁之间还应设置斜支撑。当需要在屋面或天花板上开洞时，洞口周边应设置边梁。当抗震设防烈度为8度及其以上或最大风压为1.5kN/m2（标准值）以上时，屋盖通过檐口连接件与剪力墙可靠拉接。屋盖系统及其构件的强度、刚度和稳定均应满足设计要求。  
      为了保证房屋具有良好的居住性能，应对底层楼面、外墙和屋面采取保温与隔热措施，如在轻钢骨架空腔内填充保温棉、喷射液体发泡材料或外贴泡沫隔热板材等；住宅的墙体、楼板和屋顶也宜采取吸音、隔声和消声措施，建筑围护结构还应采取措施防止水汽凝结现象的发生。  
      用于承重结构的钢材，均采用Q345或Q390钢，当有可靠依据时，也可以采用其他牌号的钢材。保温材料采用玻璃纤维、聚胺酯板、岩棉板、挤塑板等轻质材料。防水材料可采用防水卷材、改性沥青、复合材料等。结构面板可采用定向板、胶合木（竹）板、石膏板、水泥纤维板、水泥木屑板等材料。屋面材料可采用沥青瓦、金属瓦、彩色水泥瓦等轻质材料。外墙饰面材料可采用金属挂板、饰面水泥木屑板、复合材料等。门窗采用各种轻质材料门窗。 轻型钢结构住宅体系具有钢结构的一般优点，但相对其他结构而言，特点显得更加突出：①结构自重轻：基础负担小，可大幅减少基础造价，尤其适用于地质条件较差的地区；结构地震反应小，用于结构抗震措施的费用少，适用于地震多发区；制作、运输、安装、围护方便，降低人工和机械费用。②施工周期短：投资回报快，资金风险低，投资效益高。③工厂制作，现场拼装：湿作业、噪声、粉尘与垃圾少，受气候影响小；不使用粘土砖，可拆卸和回收，符合国家土地资源政策、环保政策和可持续发展战略；构件在工厂标准化生产，质量稳定，有利于住宅产业化。④采用新型轻质围护材料，不助燃，不霉变，不虫蛀；装修一次到位，少维修；管线可暗埋在墙体及楼层结构中；在保温、隔热、隔声等性能方面比传统结构的住宅好，因此住宅的舒适性更好。⑤墙体承载力高：墙体厚度小，有效使用空间增加，使轻钢结构住宅的实际单位使用面积造价与砖混结构的造价接近。⑥轻型钢结构装配式住宅具有良好的综合经济效益。      
      低层轻型钢结构装配式住宅技术要求     
      《低层轻型钢结构装配式住宅技术要求》（JG/T×××－2004）作为产品标准，为了保证低层轻型钢结构装配式住宅这个特殊产品的安全性能、耐久性能和舒适性能，主要对住宅的材料、构造形式、紧固件、防护、保温与隔热、隔声、防潮、检验与试验、制作与安装、标志、包装、运输与贮存的技术要求作出了规定，这些技术要求指标是可以通过检验与试验确定的。      
      本产品标准共分为七章，即范围、规范性引用文件、术语和定义、分类与代号、要求、检验与试验以及标志、包装、运输与贮存。在第一章“范围”中，规定了本标准的所适用的结构体系和冷弯薄壁型钢住宅体系的适用性。在第二章“规范性引用文件”中，列出了通过本标准的引用而构成本标准条文的有关规范、规程和标准。第三章“术语和定义”，对冷弯薄壁型钢住宅体系的结构构件给出了规范性中英文名词及其解释。第四章“分类与代号”，给出了构件的三种类形及其相应的表示代号，其中U形与C形截面用于基本构件，L形截面用于过梁或连接。第五章是标准的核心部分，在第五章“要求”中，对结构的钢材、螺栓与螺钉、围护材料粘接密封材料提出了要求。对楼盖、墙体和屋盖的结构构造与连接形式、紧固件的选用要求进行了规定，满足这些要求，就可以满足结构的安全要求。在防火性能要求方面，国内防火规范要求较严，冷弯薄壁型钢住宅体系很难达到要求。因为这种体系是低层住宅，本标准所提出的防火要求体现了失火逃生的理念。因此，只对建筑构件的燃烧性能和耐火极限、房屋的长度、面积、间距、装修材料、管道及其包覆材料、构件内填充材料、火灾的封锁提出了基本要求。另外，在轻型钢结构骨架上加防火石膏墙板是可以大幅度提高构件的耐火极限的。为了保证结构的耐久性，要求冷弯薄壁型钢构件采用镀锌或镀铝锌进行防护，并参照美国试验与材料协会的标准，根据构件的使用环境，提出了镀层厚度要求。这种防护方法，可有效防止钢材锈蚀，即使表面有划痕，也可由锌或铝锌合金表面镀层通过自身的氧化来保护钢材不被锈蚀。据国外研究表明，在普通环境里，这种住宅的寿命可达到75年以上。为了保证住宅的保温、隔热、隔声（消声）与防潮性能，满足住宅舒适性要求，对楼面、外墙和屋面所采取的填充保温棉、喷射液体发泡材料或外贴泡沫隔热板材等保温与隔热措施，以及墙体、楼板和屋顶所采取吸音、隔声（消声）措施，住宅围护结构采取的防结露措施均提出了具体技术要求指标。为了保证住宅的综合性能，第五章还对构件的制作与安装以及设备的安装提出了要求。为了评价住宅的性能，第六章规定了住宅性能及技术要求指标的检验与试验方法。因为这种体系是工厂制作，现场拼装的装配式住宅，第七章对构件或单元的标志、包装、运输与贮存提出了要求。   
      在编制本标准时，编制组力求遵循实用的原则，因此对当前引进和应用较多的冷弯薄壁型钢体系住宅的针对性更强，为了不排除其他轻型钢结构住宅体系或新型材料的采用，在相关条文中均留有余地，以利于住宅产业的技术进步和多样性发展。由于技术标准的实用性和针对性与住宅体系发展的多样性之间的矛盾，使得任何一本标准也不可能包罗万象，可能顾此失彼，针对性太强正是本标准的特点也是本标准的不足所在。另外，这种体系在国外虽然已经相当成熟，但在国内的应用还只刚刚起步，国内的研究工作开展还不够深入，研究成果还不能较好地指导工程应用，可供编制组参考的国内工程和资料十分有限，给编制工作带来了较大的困难，因此在编制过程中更多地借鉴了国外资料和经验。随着轻型钢结构住宅产业的发展，编制组将在不断总结国内外工程经验的基础上，结合各地对标准修改的建议，对标准适时修订和完善。  

南京钢结构